KR100312375B1 - 파장분할분기결합다중화장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파장분할다중방식(wavelength division multiplexing; WDM) 시스템의 파장분할 분기결합 다중화 장치에 관한 것으로서, 파장분할다중(WDM) 입력 광신호를 증폭하는 전치증폭기; 상기 전치증폭기로부터 증폭되어 입력된 WDM 입력 광신호를 각 채널별로 역다중화하는 광디멀티플렉서; 상기 광디멀티플렉서로부터 채널별로 출력되는 신호를 각각 입력받아 해당 제어신호에 의하여 분기채널로 분기출력 및 결합채널로 유입되는 외부신호를 결합 출력하는 다수의 광스위치; 상기 다수의 광스위치로부터 각 채널별로 출력되는 광신호를 다중화하여 출력하는 광멀티플렉서; 상기 광멀티플렉서의 출력신호를 증폭하는 후치증폭기; 상기 후치증폭기로부터 증폭되어 출력되는 광신호를 실시간적으로 모니터링하고, 각 채널별로 출력되는 신호의 출력세기를 제어하여 각 채널의 OSNR(Optical Signal to Noise Ratio)을 일정하게 유지하는 채널등화 제어수단이 포함되는 것을 특징에 의하여, 종래 수신단에서의 채널간 수신 광출력 차이 및 OSNR 차이 등에 의한 시스템 성능 열화를 감소시키며, 각 채널의 파장, 광출력세기, OSNR을 실시간 모니터링 하므로써 WDM 시스템의 관리 및 운용이 용이해지는 효과가 있다.
Description
본 발명은 파장분할다중방식(wavelength division multiplexing; WDM) 시스템의 파장분할 분기결합 다중화 장치에 관한 것이다.
WDM은 한 개의 광섬유에 서로 다른 여러 개의 광신호를 전송하는 광통신 방식으로 데이터 전송용량을 극대화 할 수 있는 장점으로 인해 전세계적으로 널리 이용되고 있다. 특히, WDM 시스템의 파장분할 분기결합 다중화 장치는 광대역 전송기술에서, 예컨대 SDH(Synchronous Digital Hierarchy)와 같은 다중화 전송망을 위한 광신호 채널을 결합하고 분기하는 데 중요한 요소 중에 하나이다.
종래의 WDM 시스템의 분기결합 다중화 장치(10)는, 첨부된 도1 에 도시된 바와 같이, 전치증폭기(11), 광디멀티플렉서(12), 다수개의 광스위치(13-1~13-N), 광멀티플렉서(14), 후치증폭기(15)로 구성된다.
전치증폭기(11)는 광섬유(0F: Optical Fiber)로부터 인가되는 WDM광신호를 증폭하여 광디멀티플렉서(12)에 인가한다. 광디멀티플렉서(12)는 증폭된 WDM광신호를 각 파장별로 분리시켜 해당 채널별로 분리된 광신호를 2x2 광스위치(13-1~13-n)에 각각 인가한다.
각각의 2x2 광스위치는(13-1~13-N) 광디멀티플렉서(12)의 각 출력포트로부터 제공된 분리된 신호와, 외부로부터 각 채널별로 결합해야하는 광신호(결합채널)를 입력받아, 두 신호에 대한 2x2 스위칭을 수행한다. 상기 2x2 광스위치(13-1~13-N)는 시스템 프로세서의 의해 제어되며, "BAR"상태와 "CROSS" 상태의 두 상태를 갖는다. 예를 들어, "BAR"상태에서는 해당 채널의 분기/결합은 이루어지지 않고, 상기 광디멀티플렉서(12)로부터의 분리된 광신호가 그대로 통과되어 상기 광멀티플렉서(14)로 전송된다. "CROSS" 상태에서는 해당 채널은 분기/결합되어 상기 광디멀티플렉서(12)로부터 분리된 광신호가 분기되어 출력되고(분기채널), 새로 해당 노드에서 결합되어야 하는 신호는 결합되어 광멀티플렉서(14)로 전송된다.
광멀티플렉서(14)는 상기 각 2x2광스위치(13-1~13-N)로부터 각각 분기/결합 후의 각 채널을 광학적으로 다중화하고, 그 다중화된 신호는 후치증폭기(15)를 통해 증폭되어 광섬유(OF : Optical Fiber)를 통해 전송된다.
도1과 같은 종래 WDM시스템의 분기/결합 장치에서 각 채널은 전치증폭기의 증폭, 광디멀티플렉서의 광역다중화, 광스위치에서의 분기/결합, 광멀티플렉서의 광다중화, 후치증폭기에 의한 증폭 등의 일련의 과정을 겪으면서 출력단의 각 채널별로 광출력세기간의 차이가 커지게 된다.
상기와 같은 광증폭기들의 이득 특성이 각각의 파장에 따라 평탄하지 못하고, 광디멀티플렉서와 광멀티플렉서는 각 패널별로 삽입손실이 서로 다르게 되는 문제가 있다.
또한, 각 광스위치들 간의 삽입손실이 다르고, 해당 노드에서 새로 결합되는 채널의 광신호세기 즉, 해당 광신호의 레벨이 각기 다르게 되는 문제가 있다.
또한, 채널간의 광출력세기의 차이가 커지게 되면, 결국 각 채널이 전송로에서 거치게 되는 인라인 증폭기(In-Line Amp)들에 의해 각각 다른 이득을 가지게되고, 따라서, 채널별로 수신기의 입력단에서 수신광출력세기와 OSNR(Optical Signal to Noise Ratio)에 차이가 커지면서 전체적인 시스템 성능의 저하를 초래하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 자동제어 채널등화기의 제어하에서 파장분할 분기결합 다중화 장치의 출력광신호를 실시간적으로 모니터링하여 각 채널간의 OSNR을 일정하게 유지하는 파장분할 분기결합 다중화 장치를 제공하는 것이 그 목적이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은, 파장분할다중(WDM)입력 광신호를 증폭하는 전치증폭기; 상기 전치증폭기로부터 증폭되어 입력된 WDM 입력 광신호를 각 채널별로 역다중화하는 광디멀티플렉서; 상기 광디멀티플렉서로 부터 채널별로 출력되는 신호를 각각 입력받아 해당 제어신호에 의하여 분기채널로 분기출력 및 결합채널로 유입되는 외부신호를 결합 출력하는 다수의 광스위치; 상기 다수의 광스위치로부터 각 채널별로 출력되는 광신호를 다중화하여 출력하는 광멀티플렉서; 상기 광멀티플렉서의 출력신호를 증폭하는 후치증폭기; 상기 후치증폭기로부터 증폭되어 출력되는 광신호를 실시간적으로 모니터링하고, 각 채널별로 출력되는 신호의 출력세기를 제어하여 각 채널의 OSNR(Optical Signal to Noise Ratio)을 일정하게 유지하는 채널등화 제어수단이 포함되는 것을 특징으로 한다.
제1도는 종래의 파장분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing ;WDM) 시스템 파장분할 분기결합 다중화 장치에 대한 구성도,
제2도는 본 발명에 따른 채널등화부를 채용한 파장분할 분기결합 다중화 장치에 대한 구성도,
제3도는 본 발명의 채널등화부에 대한 세부 블록도,
제4도는 본 발명의 채널등화부를 통해 획득한 광스펙트럼 분포도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
21 : 전치증폭기 22 : 광디멀티플렉서(ODMUX)
23-1~23-N : 광스위치 24 : 광멀티플렉서(OMUX)
25 : 후치증폭기 27 : 탭커플러
28 : 채널등화부 29 : 광출력조정부
29-1~29-N : 가변광감쇄기(VOA) 32 : 파장가변 광 밴드패스필터
33 : 광검출기 34 : 트랜스 임피던스회로
35 : A/D 변환기 36 : 마이크로프로세서
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 파장분할 분기결함 다중화 장치의 바람직한 실시 예를 설명한다.
본 발명을 설명하기 위하여 첨부된 것으로, 도2 는 본 발명에 따른 채널등화기를 채용한 파장분할 분기결합 다중화 장치에 대한 구성도이며, 도3 은 본 발명의 채널등화기에 대한 세부 블록도 이고, 도4 는 본 발명의 채널등화기를 통한 광스펙트럼 분포도 이다.
상기 첨부된 도2 를 참조하면, 본 발명에 의한 파장분할 분기결합 다중화 장치(200)는, 상기 종래 기술을 설명하는 도1에서 확인할 수 있듯이, 전치증폭기(21), 광디멀티플렉서(22), 다수개의 광스위치(23-1~23-N), 광멀티플렉서(24) 및 후치 증폭기(25)에 있어서,
상기 최종 출력단인 후치증폭기(25)로부터 출력되는 신호, 즉, 각 채널간의 OSNR을 일정하게 유지하도록 하는 피드백 제어 수단으로서, 탭커플러(27), 채널등화부(28) 및 다수개의 가변광감쇄기(29-1~29-N)(Variable Optical Attenuator: VOA)로 구성된 광출력조정부(29)를 포함한다.
상기 탭커플러(27)는 후치증폭기(25)의 출력광신호의 일부 퍼센트(전송에 영향을 주지 않는 미소량)를 탭핑(Tapping)하여 상기 채널등화부(28)로 제공한다.
상기 광출력조정부(29)의 각 가변광감쇄기(29-1~29-N)는 상기 채널등화부(28)의 제어신호(C_S)에 따라 상기 각 광스위치(23-1~23-N)로부터 인가되는 해당 채널신호의 세기를 조정한 후, 그 신호를 상기 광멀티플렉서(24)로 제공한다.
상기 첨부된 도3 을 참조하면, 본 발명에 의한 채널등화부(28)는, 파장가변광밴드패스필터(32), 광검출기(33), 트랜스 임피던스 회로(34), A/D 변환기(35) 및 마이크로프로세서(36)로 구성된다.
상기 파장가변 광밴드패스필터(32)는, 통과대역을 가변조정 할 수 있으며, 상기 탭커플러(27)로부터 인가된 광신호의 광스펙트럼을 측정하기 위해 가변 조정할 수 있는 소정의 파장 밴드를 스위핑하면서 필터링하여 그 출력 신호를 상기 광검출기(33)로 인가한다.
상기 광검출기(33)는, 입력 광신호를 전기신호로 변환하고, 상기 트랜스임피던스 회로(34)는 상기 전기신호의 전류값에 비례하는 전압값으로 변환하며, 상기 전압값은 상기 A/D변환기(35)를 통해 디지털 신호로 변환되어 상기 마이크로프로세서(36)로 제공된다.
상기 마이크로프로세서(36)는, 상기 파장가변 광밴드패스필터(32)의 가변되는 파장정보를 기억함과 동시에, 상기 파장정보와 상기 A/D변환기(35)로부터의 디지털 신호를 함께 처리하여, 해당 출력광신호의 광스펙트럼 정보를 획득한다. 또한 그 획득정보에 따라 상기 파장가변 광밴드패스필터(32)를 제어하고, 상기 다수개의 가변광감쇄기(29-1~29-N)를 제어한다.
이하, 상기와 같은 구성의 본 발명에 의한 파장분할 분기결합 다중화 장치를, 상기 첨부된 도2 내지 도4 를 참조하여, 일 실시 예에 의한 작용 및 효과를 자세히 설명한다.
상기 첨부된 도2 를 참조하면, 광섬유를 통해 전송되는 WDM 입력광신호(20)는 전치증폭기(21)를 통해 증폭된 후, 광디멀티플렉서(22)를 통해 각 파장별(λ1~λN)로 분리된다. 여기서, 1-N은 채널 입출력 포트 인덱스이다. 파장별로 분리된 각각의 채널 광신호는 상기 2x2 광스위치(23-1~23-N)로 각각 인가된다.
상기 각 2x2 광스위치(23-1~23-N)는 상기 광디멀티플렉서(22)의 각 출력포트로부터 인가되는 분리된 신호와 각 채널별로 결합해야하는 해당 광신호(결합채널)를 입력받아, 그 두 신호를 2x2 스위칭 하여 분기 혹은 결합한다.
이 때, 각 2x2 광스위치(23-1~23-N)는 시스템 프로세서의 의해 제어되며, "BAR"상태와 "CROSS"상태의 두 상태를 갖는다. 예를 들어, "BAR" 상태에서 해당 채널의 분기/결합이 이루어지지 않고, 상기 광디멀티플렉서(22)로부터의 분리된 광신호가 그대로 통과되어 상기 각 가변광감쇄기(29-1~29-N)로 전송된다.
상기 "CROSS"상태에서는 해당 채널은 분기/결합이 이루어 지므로써, 상기 광디멀티플렉서(22)로부터 분리된 광신호는 분기되어 분기광신호(분기채널)로 출력되고, 또한, 새로 해당 노드에서 결합되어야 하는 신호는 결합되어 각 가변광감쇄기(29-1~29-N)로 전송된다.
상기 각 가변광감쇄기(29-1~29-N)는 채널등화부(28)에서 처리한 출력광신호(26)의 정보를 기초로 하여, 상기 마이크로프로세서(36,도3참조)에 의해 제어된다. 즉, 광스위치(23-1~23-N)의 각 채널별 광출력세기는 마이크로프로세서(36)의 제어신호에 따라 각 가변광감쇄기(29-1~29-N)에서, 사용자 또는 설계에 의하여 설정된 소정레벨에 해당하도록 조정된다.
상기 광멀티플렉서(24)는 상기 각 가변광감쇄기(29-1~29-N)로부터 출력되어 인가된 각 채널 신호를 광학적으로 다중화하고, 상기 다중화된 신호는 상기 후치증폭기(25)에 의해 증폭된다.
상기 후치증폭기(25)로부터 출력되는 광신호(26)의 소량, 즉, 일부 퍼센트의 신호(T_S)는 탭커플러(27)에 의해 탭핑 되어 상기 채널등화부(28)로 제공되고, 나머지 신호는 광섬유(OF)를 통해 전송된다.
상기 첨부된 도3 을 참조하여, 채널등화부(28)를 설명하면, 상기 탭커플러(27)에 의해 탭핑된 광신호(T_S)는 파장가변 광밴드패스필터(32)로 인가된다.
상기 파장가변 광밴드패스필터(32)는 마이크로프로세서(36)에 의한 제어에 따라 소정의 주기에 의한 파장밴드를 반복적으로 스위핑 하면서, 입력된 광신호(T_S)중에서, 해당되는 파장의 신호를 필터링하여 출력한다.
상기 스위핑(Sweeping) 되어 필터링된 광신호는 상기 광검출기(33), 트랜스 임피던스 회로(34), A/D변환기(35)를 경유하여 전기신호로 변환되고, 광출력세기에 비례하는 아날로그 형태의 전압값으로 변환된 다음, 디지털 신호로 변환되어 상기 마이크로프로세서(36)로 제공된다.
상기 마이크로프로세서(36)는 A/D변환기(35)로부터 제공된 신호를 이용하여 신호 처리한다. 즉, 마이크로프로세서(36)는 파장가변 광밴드패스필터(32)의 중심 파장을 해당 시스템에서 사용하는 파장 중에서 가장 단파장쪽으로부터 가장 장파장쪽으로 일정 대역을 스위핑 하도록 제어한다.
이때, 마이크로프로세서(36)는 스위핑되는 파장가변 광밴드패스필터(32)의 특정 중심파장들을 메모리(미도시)에 저장한다. 또한, 마이크로프로세서(36)는 A/D 변환기(35)로부터 출력되어 입력되는 신호와 저장된 신호를 매칭시켜 해당 출력광신호(26, 도2참조)의 광스펙트럼 정보를 획득함은 물론, 스위핑을 반복적으로 수행하면서 획득한 스펙트럼 정보를 갱신한다.
상기 도4는 도2의 채널등화부(28)에 의한 채널등화 과정을 통해 획득한 광스펙트럼 분포도로서, 각 채널별의 파장에 대한 광출력세기를 보여준다. 부재번호 40은 증폭된 자연 방출광(ASE; Amplified Spontaneous Emission)에 대한 노이즈 레벨이다.
상기 도4 를 참조하면, 각 채널(λ1~λ5)의 중심파장의 벗어난 정도를 모니터 할 수 있고, 각 채널의 스펙트럼에서의 꼭지점(S1~S5)을 측정함으로써, 각 채널별로 해당 광출력을 모니터 할 수 있다. 또한, 광증폭기의 ASE 노이즈레벨(N1~N4)을 각 채널별로 측정하고, 각 채널의 광출력과 함께 계산함으로써 각 채널의 OSNR을 모니터할 수 있다.
예를 들어, 1번 채널(λ1)의 경우 원래 중심파장은 1549.3nm 이다. 그러나, 실제 측정된 파장은 1549.2nm이다. 이것은 원래 중심에서 0.1nm 만큼 단파장쪽으로 천이 했음을 의미한다 또한, 1번 채널(λ1)의 꼭지점 값이 5dBm(이 값은 A/D변환기(35)의 출력값을 광출력 단위인 dBm으로 맵핑된 값임)이라면, 이때 1번 채널(λ1)의 광출력은 5dBm이 된다. 이때, 1번 채널(λ1)의 파장(1549.3nm)과 2번 채널(λ2)의 파장(1550.9nm)의 중간이 되는 파장인 1550.1nm에서의 해당 광출력 레벨은 1번 채널(λ1)의 노이즈레벨(N1)로 근사되므로 이 값이 -15dBm이라면, 1번 채널의 경우 0SNR은 20dB가 된다. 나머지 2~5채널(λ2~λ5)에서도 상기와 동일한 방식으로 OSNR을 계산할 수 있다.
상기 첨부된 도4와 같은 광스펙트럼 분석에 의해, 상기 마이크로프로세서(36, 도3 참조)는, 각 채널의 파장이 중심파장으로부터 벗어난 정도, 각 채널의 광 출력세기 및 각 채널과 채널에 의한 중간파장에서의 광출력세기를 측정하고, 이렇게 획득한 정보로부터 각 채널의 노이즈레벨을 추정하므로써, 각 채널의 OSNR을 계산하게 된다. 상기 마이크로프로세서(36)는 각 채널의 OSNR을 비교하여 모든 채널이 동일한 OSNR을 갖도록 각 가변광감쇄기(29-1~23-N)의 광감쇄 정도를 제어한다.
상기와 같이, 본 발명은 파장분할 분기결합 다중화 장치의 출력광신호를 실시간 모니터링하여 광스펙트럼분석에 의해 각 채널의 OSNR을 측정 및 계산하고, 이정보를 이용하여 자동제어에 의한 각 채널간 OSNR이 일정하게 유지하도록 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 종래 수신단에서의 채널간 수신 광출력 차이 및 OSNR 차이등으로 인한 시스템 성능 열화를 감소시키는 효과가 있다.
또한, 각 채널의 파장, 광출력세기, OSNR을 실시간 모니터링할 수 있으므로 WDM 시스템의 관리 및 운용이 용이해지는 효과가 있다.
Claims (4)
- 파장분할다중(WDM) 입력 광신호를 증폭하는 전치증폭기; 상기 전치증폭기로부터 증폭되어 입력된 WDM 입력 광신호를 각 채널별로 역다중화하는 광디멀티플렉서; 상기 광디멀티플렉서로부터 채널별로 출력되는 신호를 각각 입력받아 해당 제어신호에 의하여 분기채널로 분기출력 및 결합채널로 유입되는 외부신호를 결합출력하는 다수의 광스위치; 상기 다수의 광스위치로부터 각 채널별로 출력되는 광신호를 다중화하여 출력하는 광멀티플렉서; 상기 광멀티플렉서의 출력신호를 증폭하는 후치증폭기; 상기 후치증폭기로부터 증폭되어 출력되는 광신호를 실시간적으로 모니터링하고, 각 채널별로 출력되는 신호의 출력세기를 제어하여 각 채널의 OSNR(Optical Signal to Noise Ratio)을 일정하게 유지하는 채널등화 제어수단이 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 파장분할 분기결합 다중화 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 채널등화 제어수단은, 상기 후치증폭기로부터 출력되는 광신호의 일부를 탭핑하는 탭커플러; 상기 탭커플러로부터 탭핑된 광신호를 신호 처리하여 분석된 광스펙트럼에 의하여 각 채널별로 분기/결합된 광신호 출력세기를 제어하는 해당 신호를 출력하는 채널등화부; 상기 채널등화부의 해당 제어신호에 의하여 해당 광스위치로부터 채널별로 출력되는 광신호 세기를 소정레벨로 제어하여 상기 광멀티플렉서로 출력하는 다수의 가변광감쇄기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 파장분할 분기결합 다중화 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 채널등화부는, 상기 탭커플러로부터 출력되는 광신호를 입력받아 소정 파장의 밴드로 필터링하여 채널별 광스펙트럼을 분석하는 파장가변 광밴드패스필터; 상기 파장가변 광밴드패스필터로부터 채널별로 필터링되어 출력되는 광신호를 입력받고 전기신호로 변환하여 출력하는 광검출기; 상기 광검출기로부터 출력되는 신호의 전류값을 해당 전압값으로 변환하여 출력하는 트랜스임피던스회로; 상기 트랜스임피던스회로로부터 출력되는 전압값을 디지털신호로 변환하여 출력하는 A/D 변환기; 상기 A/D 변환기로부터 출력되는 디지털신호를 처리하여 각 채널별 광신호의 세기를 분석하고, 해당 가변광감쇄기의 제어신호를 출력하는 마이크로프로세서가 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 파장분할 분기결합 다중화 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는, 상기 파장가변 광밴드패스필터의 중심파장을 일정대역으로 스위핑되도록 제어하고, 스위핑의 해당 중심파장을 기록하며, 상기 기록된 중심파장과 상기 A/D 변환기로부터 입력된 디지털신호를 비교하여 해당 채널에 대한 스펙트럼정보를 획득하고, 상기 스펙트럼정보로부터 해당 채널의 파장정보, 광출력, 노이즈를 측정하는 것을 특징으로 하는 파장분할 분기결합 다중화 장치.
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